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有机磷和氨基甲酸酯类农药目前仍然是农业生产上最广泛使用的农药,这两类农药的作用机制是:抑制动物体的神经组织、红细胞及血浆内的乙酰胆碱酯酶(acetylcholineserase,AChE(EC3.1.1.7))的活性。使其对乙酰胆碱的乙酰化作用无法进行,引起动物体中枢神经系统功能紊乱,出现中毒症状,甚至危及生命。近年来,农药残留问题愈来愈备受关注。人们致力于研制开发具有高选择性、高灵敏度、稳定性好、成本低的AChE生物传感器以及其它类型的农药残留快速检测仪。然而,就AChE生物传感器而言,能够获得高灵敏度的固定化AChE是关键。本研究选择了较为敏感、来源广且价格相对较便宜的鸡血清和兔肝这两种酶源材料进行亲和柱层析纯化,并系统比较了酶纯化后的性质,再从中选择出鸡血清纯AChE进行固定化研究。研究结果如下:
(1)比较了鸡血清和兔肝两种材料AChE的基础酶活性,其结果分别为0.0383和0.0751(μmoL.min-1.mg-1),兔肝的基础酶活性较高。
(2)采用硫酸铵沉淀-普鲁卡因胺(Procainamide)亲和层析对鸡血清AChE和兔肝AChE进行纯化,纯化后AChE经SDS-PAGE电泳呈一条带,表明其纯度已达到电泳纯。纯化后的鸡血清和兔肝的AChE的分子量分别为64.8KDa和59.2KDa。
(3)将纯化后鸡血清AChE和兔肝AChE分别进行过量底物抑制效应和抑制剂选择性检验。结果进一步证实该酶为AChE,其最大比活力分别为9.2624和17.6119(μmoL.min-1.mg-1),最佳pH值分别为8.2和7.9,最适温度分别为41.8℃和43.5℃。
(4)通过体外抑制实验比较鸡血清和兔肝的纯AChE对甲胺磷和克百威的敏感性,测定了甲胺磷和克百威对鸡血清和兔肝AChE的抑制中浓度(IC50)和双分子速率常数(Ki):甲胺磷对鸡血清和兔肝的ICso分别为6.409和6.196(mg/L);
Ki值分别为223.583和231.452(10-4L.mg-1.min-1);克百威对鸡血清和兔肝的IC50分别为0.073和0.064(mg/L);Ki值分别为233.064和253.560(10-4L.mg-1.min-1)。两种评定方法所得到的酶源对农药的敏感性结果是一致的。另外,甲胺磷和克百威抑制剂对两种材料的AChE活力的抑制作用与其抑制浓度有良好的线性关系,相关系数均在0.97以上。经比较,兔肝AChE对这两类农药的敏感性稍高,但是考虑到鸡血清的来源广、取材较易、价格低,较兔肝更适合于实际应用等原因,因此将鸡血清纯AChE作进一步固定。 (5)应用共价键结合法、戊二醛交联法、硝纤纤维素膜载体固定法等三种固定化方法对鸡血清纯AChE进行固定,其酶活回收率分别为:72.49%、57.41%、42.86%,结果表明共价键结合法效果最好。对用上述三种方法固定的酶进行了稳定性研究,结果表明:以共价键结合法固定的酶活力下降较慢,说明用该方法固化酶更加牢固稳定。
(6)对应用共价键结合法固定的AChE特性进行了研究,结果表明:固定化AChE对底物的最适反应温度为49.0℃,比游离酶提高了7.2℃;最适pH为8.8,比游离酶提高了0.6;对甲胺磷和克百威的灵敏度也比游离酶分别提高了1.6倍和4.0倍;另外,固化酶的保存期限比游离酶大大提高,在六个月内,固化酶的酶活性比游离酶少下降14.8%。
通过纯化鸡血清和兔肝的AChE并对其性质进行研究,综合分析,以鸡血清纯AChE作酶源进行固定化较合适;用共价键结合法固定鸡血清纯AChE效果最好。本研究为下一步将固化后的鸡血清纯AChE应用到生物传感器的研制,进行农药残留检测奠定了基础。